板殼式換熱器除垢清洗

                               楊　靈1　孫豐海2　賈艷秋1

    (1·藍星環境工程有限公司,北京101318; 2·山東華魯恒升化工股份有限公司,山東253024)

    摘　要：板殼式換熱器是一種新型高效節能換熱器,兼有管殼式換熱器和板式換熱器的特點。本文介紹了山東華魯恒升公司板殼式換熱器的除垢清洗,對清洗準備、藥劑選擇及清洗過程注意事項等進行了介紹。

    關鍵詞：新型換熱器;板殼式換熱器;除垢;清洗

    中圖分類號：TQ051·5　　文獻標識碼：B

    文章編號：1671-8909(2009)05-0034-04

    華魯恒升大氮肥裝置合成氨壓縮機終端水冷器(換熱面積為1 602m2),是采用國內自行設計制造的板殼式換熱器(見圖1)。

              

    該設備是由低合金鋼圓筒形殼體和方形不銹鋼板束塊構成;其中板束是由步進式模壓成型0·7mm厚的LT型波紋板片組焊成板管[2](見圖2)。

              

    1·板殼式換熱器的特點

    板殼式換熱器具有傳熱效率高的特點,其物料在板管內流動,以波紋板為換熱界面,板束四周外有支撐板加固。冷卻介質和被冷卻介質分別在板束內和其外殼間形成的板程、殼程間以錯流、逆流等形式換熱;由于波紋板片僅為0·7mm厚,所以傳熱效率很高,換熱效率是同體積管殼式換熱器的2~3倍。

    由于此設備是國內自行設計的,無案例可查,因此在設備檢修時,通過板殼式換熱器兩端法蘭口觀察,對其內部結構作了進一步的了解,內部橫向部面示意如圖3所示。

            

    從法蘭口觀察,發現設備堵塞結垢情況嚴重,其中板殼式換熱器循環水入口板束上堆積了大量的塑料碎片、碎布、石子等雜物,部分板管間隙被黏泥和水垢堵死;而且換熱器內有滋生微生物,且伴有惡臭味。由于板管間隙只有2~3mm,所以板殼式換熱器循環水流通截面積大大減少,導致通過板程的循環水量降低且嚴重分布不均,換熱效能下降,影響到安全生產。

    剝取部分水垢做溶垢測驗,得知水垢基本上是碳酸鹽類垢。根據板殼式換熱器的特點,綜合考慮板殼式換熱器在實際操作上的壓力降較小,必須保證板程壓力始終不高于殼程壓力0·5MPa;清洗操作要穩,防止因驟冷、驟熱、沖擊等使板片變形損壞,選擇科學有效的清洗工藝非常關鍵。

    2·板殼式換熱器的除垢清洗[2]

    2·1　化學清洗工藝

    建立臨時密閉清洗系統,板殼式換熱器上安裝排空、導淋;采用全充滿、大流量強制循環工藝。主要清洗步驟如下:

    水沖洗—殺菌滅藻/黏泥剝離—水沖洗—酸洗除垢—中和鈍化。

    2·2　化學清洗前的準備

    1)人工清理

    拆除板殼式換熱器兩端法蘭,人工清理板束上堆積了的塑料碎片、碎布、石子等雜物,檢查換熱器完好情況。

    2)清洗系統的建立

    在各系統化學清洗前,將被清洗系統中不允許參與化學清洗的部件,如流量計(孔板)、調節閥、壓力表、溫度計等測試、測量儀表、過濾網、過濾器芯及單向閥芯等在經過設備方的同意后拆除。按循環水的生產工藝流向配置進回路,并且在進回路上安裝壓力表,控制壓力降。為了檢查化學清洗效果和監測腐蝕速度,在循環系統中分別安裝監測管段和腐蝕掛片。監視管段上污垢應與被清洗設備污垢相同。試片材質應與被清洗設備材質相同,試片在清洗前放入,清洗后取出,并計算出清洗過程的平均腐蝕速度。

    3)板殼式換熱器充氮氣保護

    將換熱器殼程連接管線隔離,向殼程充氮氣0·1~0·2MPa密閉保護,防止清洗過程中殼程與板程形成壓力差,使得板片變形。

    4)公用工程條件

    (1)水:根據清洗質量及設備材質的要求選用,脫鹽水、流量大于80m3/h為宜。

    (2)電:三相(380V),單相(220V)。

    (3)蒸汽:壓力0·3~0·5MPa,流量6~8t/h。

    (4)氮氣:純度大于99%,干燥、無油、壓力為0·1~0·4MPa。

    2·3　清洗程序及操作說明

    2·3·1　水沖洗及系統試漏

    水沖洗及試漏的目的是除去系統中的疏松、脫落的污垢,并在模擬清洗狀態下對臨時接管處泄漏情況進行檢查。水壓檢漏試驗時,將全系統注滿水,調節出口回水閥門,嚴格控制泵壓到0·2~0·3MPa,檢查系統中焊縫、法蘭、閥門、管段連接處泄漏情況并及時處理,使系統成密閉系統,以保證清洗過程的正常進行。

    2·3·2　殺菌滅藻/粘泥剝離

    水沖洗試漏合格后,讓系統循環正常,逐漸升溫到40~45℃;加入LX-W58殺菌滅藻劑、LX-W56粘泥剝離劑各200~300mg/L,時間為24~48h。定時排空導淋,間隔1h/次;分析化驗藥劑濃度,間隔1h/次,當清洗液濃度變化不大時,再循環2h即可結束。

    2·3·3　水沖洗

    殺菌滅藻/粘泥剝離步驟完成后進行水沖洗,溫度控制在40~45℃,流速控制1~1·2m/s;定時排低點導淋, 15min/次。當沖洗水澄清時,結束水沖洗。

    2·3·4　酸洗除垢

    酸洗的目的是利用酸洗液與污垢類物質和腐蝕產物進行化學和電化學反應,生成可溶物,使設備表面清潔。酸洗液配制完成泵入系統后檢查系統是否全充滿,進行正常清洗,并定期切換正反向;在循環過程中每隔一定時間進行排污和放空,以避免產生氣阻和導淋堵塞,影響清洗效果;定時取樣分析,當系統內酸洗液濃度、鐵離子含量基本達到穩定,監測管段污垢已經完全除盡,呈金屬本色時,即為終點,可結束酸洗。

    工藝條件:溫度40~45℃;流速0·2~0·3m/s;時間4~6h;主要藥劑: LX-056A除垢劑、緩蝕劑Lan-826、還原劑等。

    2·3·5　酸洗后水沖洗

    酸洗結束后,排凈酸液,用40~45℃熱水對系統進行開路沖洗,去除殘留在系統中的酸液和洗落的顆粒,沖洗流速控制在1~1·2m/s,不斷輪換開啟系統中導淋以便使沉積在低點的雜物,殘液排凈。當出水pH近中性,進出水水質基本穩定后即可結束沖洗。

    2·3·6　漂洗

    采用稀的檸檬酸與殘留在系統中的鐵離子絡合,且除去水沖洗過程中可能生成的浮銹,以減低系統內的鐵離子含量,保證鈍化效果。當漂洗液濃度和總鐵離子濃度基本平衡時,即可結束漂洗。工藝條件:溫度85±5℃;流速0·2~0·3m/s;時間1·5~2h;主要藥劑:檸檬酸、緩蝕劑、氨水等。

    2·3·7　中和鈍化

    為了防止酸洗后處于活性狀態的金屬表面重新氧化而產生二次浮銹。要求此時系統內鐵離子濃度不高于300ppm,鈍化液要充滿系統,鈍化過程應注意定時排空和排污。

    工藝條件:溫度50~60℃;

    流速: 0·2~0·8m/s;

    時間: 4~6h;

    pH 9·0~10·0;

    主要藥劑:Na3PO4、氨水、NaNO2等。

    2·3·8　人工清理檢查

    鈍化結束、排盡鈍化液。開端蓋對沉積在設備底部的沉積物進行人工清理。清理完畢后,在微正壓(0·1~0·2MPa)狀態氮氣封存保護,直至開車使用設備。

    2·4　清洗后廢液處理

    化學清洗廢液的排放符合國家GB8978—1996《污水綜合排放標準》。酸堿液中和至pH6~9,然后排入廠方污水處理池或用槽車運至專業污水處理廠處理,各階段沖洗水排入廠方污水處理池。

    2·5　清洗質量驗收

    通過清洗施工,清洗效果符合HG/T2387—2007《工業設備化學清洗質量標準》的規定,被清洗表面呈金屬本色,無二次浮銹;除垢率≥95%以上;碳鋼標準試片的腐蝕率≤6g/(m2·h),不銹鋼標準試片的腐蝕率≤1g/(m2·h)。對換熱器做24h水壓試驗,合格。

    3·結束語

    此為首次板殼式換熱器清洗,要認真察看此類設備相關資料,了解設備生產工藝,進一步察看現場實際情況;對設備垢樣認真分析,拿出安全可靠的清洗方法非常關鍵。

    我們在板殼式換熱器的清洗也有不足之處,因為清洗泵的流量和正常生產時DN800mm管線循環水的流量相差太大,部分脫落的垢和雜質無法帶出,然后沉積在換熱器封頭處,將DN20mm導淋口堵塞,使得清洗結束死角排液困難。

    施工結束后我們向設備管理方提出兩點建議:

    1)改善循環水質,板殼式換熱器循環水入口加裝過濾網;

    2)換熱器封頭DN20mm導淋改造成DN80mm,這樣可將濾網過濾下來的塑料碎片、碎布、石子等雜物沖出,防止板殼式換熱器板程損傷、堵塞,影響換熱效能。

    參考文獻

    [1]任建新·化學清洗[M]·蘭州:甘肅科學技術出版社,1993: 205-206.

    [2]周夏,張克鋒,孫新華·板殼式換熱器在大型氮肥裝上的應用[J]·化肥設計, 2007, 45(2): 46-47.